王心晨/方元行团队发表重要综述文章：晶相氮化碳（PTI）用于光氧化还原催化

近日，我院王心晨与方元行教授团队在国际顶级期刊《Advanced Materials》发表题为“Crystalline Poly(triazine) Imide for Photoredox Catalysis”的综述文章（Adv. Mater., 2026, e74992）。该综述聚焦“晶态聚三嗪酰亚胺(poly(triazine) imide, PTI)”—聚合物氮化碳的一种高结晶同素异形体，系统梳理了从合成、结构、电子性质到光催化应用的研究进展，尤其总结了在光催化全分解水和CO₂还原方面的应用。以熔盐离子热法获得“高结晶、低缺陷”的三嗪共轭骨架，再通过结晶度调控、能带与缺陷工程、助催化剂设计、同质/异质结构建四条策略，把光催化全解水的表观量子效率（AQY）从非晶氮化碳的不到1%提升至 39.0%（最新报道约82%），并据此讨论了原子级精确合成、能带工程、载流子输运、规模化制备等方向。

光催化能把太阳光直接转化为化学能，被认为是应对能源危机与环境问题的路径之一，其中半导体材料是核心技术。目前可用于光催化的半导体已扩展到 150 余种，包括金属氧化物、氮氧化物、硫化物等。自 2009 年王心晨等首次报道无金属聚合物氮化碳光催化分解水以来，氮化碳材料已催生超过 23000 篇基础研究论文（Web of Science），其价值在于成本低、分子层面物理化学性质可调等。光催化效率由三个关键过程决定：光吸收、电荷分离与迁移、表面氧化还原反应。聚合物半导体面临两大先天困难：一是强库仑作用使光生电子-空穴形成紧密结合的 Frenkel 激子，自由载流子难以产生；二是大多数聚合物半导体结晶度低，非晶区域阻碍电荷输运并增加载流子俘获。传统非晶 Melon 基氮化碳结构有序度低、缺陷密度高，电荷复合严重，全解水的量子效率通常低于1%。

通过熔盐离子热路线，研究者获得了氮化碳的两种晶态同素异形体：由七嗪单元构成的聚七嗪酰亚胺和由三嗪单元构成的聚三嗪酰亚胺。聚三嗪酰亚胺具有高度有序的晶体框架、明确的电子结构和优异的电荷输运性能，是研究“结构—性质—性能”关系的理想平台。熔盐在合成中的核心作用有三：一是提供液相反应环境，促进富氮前驱体的扩散与聚合，加速缩聚动力学；二是作为模板导向晶体生长；三是抑制前驱体在高温下的挥发与热分解，从而提高产率、结晶度并降低缺陷。熔盐的种类、组成、比例以及前驱体选择，均可用于调控最终产物的晶相、结晶度、形貌与电子结构。

作者基于过去的研究，讨论了四大结构工程策略：结晶过程优化、能带与缺陷调控、助催化剂设计和同质结与异质结构建，详细阐述了这些策略对聚三嗪酰亚胺材料的结构和性能调控，具有重要指导意义。同时，作者提出以下几个发展方向：（1）原子级精准合成：熔盐法仍存在批次差异，需发展受限熔盐合成、分子预组装等策略，实现结晶度、层间离子、掺杂位点和缺陷浓度的精准调控。（2）能带工程与光吸收：通过杂原子掺杂如硫、氧、磷等共聚合策略，进一步拓展可见光吸收，同时抑制非辐射复合。（3）载流子传输：构建多尺度结构（纳米棒/管与三维网络），结合内建电场和表面钝化，实现定向电荷迁移。（4）规模化制备：开发低成本、环境友好的连续熔盐合成、无溶剂固相聚合等技术，实现公斤级到吨级生产。

图 1 PTI光催化剂的结构调控和在光氧化还原方面的应用

福州大学化学学院王心晨教授和方元行教授为论文的通讯作者，福州大学化学学院2018级（2022届）博士研究生王龙为第一作者（现为广东工业大学特聘副教授）。该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、福建省自然科学基金和“111”计划的支持。

论文信息：“Crystalline Poly(triazine) Imide for Photoredox Catalysis”, Long Wang, Ning Liu, Yifan Lin, Hangyu Zhuzhang, Guigang Zhang, Sibo Wang, Yuanxing Fang*, Xinchen Wang*. Advanced Materials (2026): e74992. https://doi.org/10.1002/adma.74992.